应用稳定同位素分析辽东湾池塘仿刺参的食性

王 摆，田甲申，董 颖，陈 仲，周遵春，宋 钢，张淑丽

( 1.辽宁省海洋水产科学研究院，辽宁省海洋生物资源和生态学重点实验室，辽宁 大连 116023； 2.凌海市达莲海珍品养殖有限责任公司，辽宁 锦州 121211 )

仿刺参(Apostichopusjaponicus)是黄、渤海重要底栖生物类群，亦是我国北方重要海水增养殖品种之一。海水池塘养殖是仿刺参主要的养殖方式之一。辽东湾海水池塘位于我国沿海最北端，具有显著的地域特点。每年11月下旬至翌年3月上旬为池塘的冰封期，水温为-4～0 ℃；夏季池塘水温升至23 ℃以上时，不同规格的仿刺参陆续进入夏眠；春季和秋季池塘水温适宜，仿刺参摄食旺盛。其中，春季化冰后仿刺参的免疫力处于低谷期[1]，亦是各种病害的高发期。掌握池塘仿刺参周年的摄食规律对其生态健康养殖具有重要意义。张宝琳等[2]通过胃含物法分析发现，山东灵山岛浅海岩礁区仿刺参主要摄食动植物碎屑和沉积物。金波昌等[3]利用碳稳定同位素法分析人工饲料对仿刺参幼参的生长贡献发现，人工饲料对幼参的食物贡献随着养殖密度的增加而升高，养殖密度为35 个/m2时，人工饲料的食物贡献率最大，为(29.48±3.31)%。与传统胃含物法相比，碳氮稳定同位素法根据消费者稳定同位素比值与其食物相应同位素比值相近的原则来判断其食物来源，分析食物贡献比例[4]。碳氮稳定同位素技术在分析植食性动物、肉食性动物，无脊椎动物、脊椎动物的食性，及陆生和水生生态系统的营养级和食物网结构中得到了广泛的应用[5-8]。Feng等[9]利用碳氮稳定同位素技术研究了山东靖海湾混养池塘的营养级关系，发现几种大型藻对仿刺参的饵料贡献率较高。Wen等[10]报道了试验条件下几种大型藻对仿刺参的饵料贡献率。目前，有关辽东湾池塘仿刺参的食性特征研究鲜见报道。

为探明辽东湾生态养殖池塘仿刺参的食性特征，笔者采用碳氮稳定同位素技术检测生态养殖池塘中仿刺参的肌肉、体壁、消化管和消化管内含物，以及浮游植物、浮游动物、颗粒有机物、底栖硅藻和表层底泥的δ13C和δ15N值，运用IsoSource线性混合模型计算出生态养殖池塘仿刺参的食物来源，为海水池塘仿刺参的生态健康养殖提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 养殖池塘

仿刺参生态池塘位于辽东湾的滨海潮上带(N 40°53.46′，E 121°29.53′)，池塘面积6.67 hm2，水深1.4～2.0 m。春季至秋季每次的活汛期(约15 d)换水1次，换水量约为池塘总体水量的50%。养殖过程中不投饵。池塘的仿刺参采取轮捕轮放的投苗养殖方式，秋季投放体质量3.5～4.5 g/头的幼参，投放密度6.5×104～8.5×104头/hm2。采捕规格100 g以上的成参，年采捕量为900～1100 kg/hm2。池塘底部放置以石块为材料的参礁和聚乙烯网礁，养殖期间池塘内未出现底栖大型藻类。

1.2 样品采集

分别于2016年3月25日、5月19日、7月7日、9月29日、12月1日采集池塘的仿刺参、浮游植物、浮游动物、颗粒有机物和底栖硅藻、表层底泥(-1～0 cm)，样品立即用5%的甲醛溶液固定，4 ℃保存，带回实验室进行预处理，仿刺参的取样数量为3～5头，体质量为(46.0±5.3) g。池塘海水盐度、水温、pH和溶解氧采用多参数水质分析仪(YSI Professional plus，美国YSI)现场测定。

1.2 样品处理

仿刺参取肌肉、体壁、消化管等组织和消化管内含物，Whatman GF/F滤膜过滤水样获得颗粒有机物、浮游植物和浮游动物样品，使用1 mol/L盐酸对颗粒有机物、浮游生物、底泥和消化管内含物进行3 h酸化，去除碳酸盐的影响，用去离子水冲洗。所有样品在冷冻干燥机(Christ Alpha 2-4 LD plus，德国)中-80 ℃冻干后，玛瑙研钵充分磨匀，底泥和消化管内含物再经80目筛绢过滤后，用于δ15N测定。仿刺参各组织和鱼、虾、贝类样品用脱脂溶液(甲醇∶氯仿∶水=2∶1∶0.8)浸泡除脂[11]，超纯水水洗后，再烘干至恒等质量，经玛瑙研钵研磨后，与其他样品用于δ13C测定。

1.3 碳氮稳定同位素测定

所有样品在辽宁省海洋水产科学研究院稳定同位素实验室测定，稳定同位素质谱仪为菲尼根Flash 2000 HT型元素分析仪(美国)和菲尼根Delta V Advantage同位素比率质谱仪(美国)相连而成，测定15N、13C。稳定C、N同位素的自然丰度为：

δX=([R样品/R标准]-1)×103

式中，X代表13C或15N。R代表13C/12C或15N/14N。δ13C值是相对于PDB标准的自然丰度，δ15N值是相对空气中氮气的丰度[12-14]。

为保证结果准确性，同一样品的碳、氮稳定同位素分别进行测定。每个样品测定3个平行样品，为保持试验结果的准确性和仪器的稳定性，每测定5个样品后插测1个标准样。δ15N精密度<±0.15‰，δ13C精密度<±0.15‰。

1.4 数据处理

使用SPSS 17.0统计软件对数据进行分析处理，检测结果以平均值±标准差表示。采用IsoSource线性混合模型[15]计算饵料贡献率。采用Origin 7.5作图。

2 结果与分析

2.1 池塘海水理化参数周年变化

仿刺参池塘的理化参数周年变化见表1，海水温度周年变化较大，0.7～27.4 ℃，冬季水温最低，夏季水温最高，春季和秋季水温适中。海水的溶解氧与温度呈显著的负相关关系(r2=0.931，P<0.05)。海水盐度和pH周年变化不大。

表1 样品采集时池塘海水温度、盐度、pH和溶解氧

2.2 仿刺参的δ15N和δ13C值特征

通过比较海水养殖池塘仿刺参不同组织和消化管内含物的δ15N和δ13C值发现，肌肉组织的δ13C值最高，其次是体壁，消化管组织的δ13C值最低；仿刺参体壁的δ15N值最高，其次是肌肉，消化管组织的δ15N值最低(表2)。

2.3 不同饵料对仿刺参饵料贡献率

采用IsoSource软件计算得出不同类别饵料对仿刺参的平均饵料贡献率见表3、图1。试验结果显示，各采样月底栖硅藻对仿刺参的平均饵料贡献率最高，为78.5%～85.7%。其中，3月底栖硅藻的平均贡献率为85.4%，表层底泥、颗粒有机物、浮游植物和浮游动物的平均贡献率分别为7.9%、2.1%、2.2%和2.3%；5月底栖硅藻的平均饵料贡献率为78.5%，表层底泥、颗粒有机物、浮游植物和浮游动物的平均贡献率分别为7.5%、3.0%、3.3%和7.7%；7月底栖硅藻的平均饵料贡献率为85.7%，表层底泥、颗粒有机物、浮游植物和浮游动物的平均贡献率分别为3.1%、3.4%、3.6%和4.2%；9月底栖硅藻的平均饵料贡献率为78.5%，表层底泥、颗粒有机物、浮游植物和浮游动物的平均贡献率分别为3.6%、5.1%、5.6%和7.1%；12月底栖硅藻的平均饵料贡献率为79.4%，表层底泥、颗粒有机物、浮游植物和浮游动物的平均贡献率分别为6.2%、4.2%、4.8%和5.2%。表明辽东湾海水养殖池塘仿刺参的主要食物来源为底栖硅藻，其次为表层底泥、浮游动物、浮游植物和颗粒有机物。

表2 仿刺参不同组织的δ15N和δ13C值 ‰

表3 不同饵料对仿刺参的平均饵料贡献率 %

图1 不同饵料对仿刺参的平均饵料贡献率

不同类别饵料对仿刺参消化管内含物δ13C值的平均贡献率见表4、图2。试验结果显示，各采样月底栖硅藻对消化管内含物δ13C值的平均贡献率最高，为25.8%～74.5%。其中，3月底栖硅藻的平均贡献率为74.4%，表层底泥、颗粒有机物、浮游植物和浮游动物的平均贡献率分别为13.5%、3.9%、4.0%和4.2%；5月底栖硅藻的平均饵料贡献率为48.3%，表层底泥、颗粒有机物、浮游植物和浮游动物的平均贡献率分别为17.7%、7.5%、18.3%和18.3%；7月底栖硅藻的平均饵料贡献率为74.5%，表层底泥、颗粒有机物、浮游植物和浮游动物的平均贡献率分别为5.6%、6.0%、6.4%和7.5%；9月底栖硅藻的平均饵料贡献率为63.4%，表层底泥、颗粒有机物、浮游植物和浮游动物的平均贡献率分别为6.3%、8.7%、9.5%和12.0%；12月底栖硅藻的平均饵料贡献率为25.8%，表层底泥、颗粒有机物、浮游植物和浮游动物的平均贡献率分别为22.2%、15.3%、17.3%和19.4%。试验结果表明，仿刺参主要摄食底栖硅藻、底泥以及沉降的浮游动植物和颗粒有机物。

表4 不同饵料对仿刺参消化管内含物δ13C值的平均贡献率 %

图2 不同饵料对仿刺参消化管内含物δ13C值的贡献率

3 讨 论

3.1 仿刺参的δ15N和δ13C值的周年变化

稳定碳氮同位素在食性研究中，通过对比动物不同组织与饵料的δ13C值，可以获得各组织对饵料的转化率[16]。通过比较仿刺参不同组织的δ15N和δ13C值发现，肌肉组织的δ13C值最高，其次是体壁、消化管组织，表明肌肉组织对食物的转化率低于体壁组织和消化管组织。体壁的δ15N值最高，其次是肌肉、消化管组织。研究结果发现，仿刺参的δ15N和δ13C值具有显著的周年变化特点，这可能与池塘理化参数、仿刺参不同季节摄食的饵料和其自身新陈代谢规律有关。Sun等[17]研究发现，仿刺参的δ15N和δ13C值具有季节变化特征，其δ13C值季节变化较大，δ15N值较为稳定。

3.2 仿刺参的食性特征

仿刺参摄食过程中主要依靠触手抓或扫，将附着物表面的无机物、有机碎屑、藻类等一并吞入消化管中[3,18]。胃含物法分析表明，山东灵山岛浅海岩礁区仿刺参主要摄食动植物碎屑和沉积物[2]。本研究采用碳氮稳定同位素技术发现，底栖硅藻对辽东湾池塘生态养殖的仿刺参的平均饵料贡献率周年变化为78.5%～85.7%，表明仿刺参主要食物来源为底栖硅藻。Feng等[9]利用碳氮稳定同位素技术研究发现，山东靖海湾混养池塘大型藻对仿刺参的饵料贡献率较高。这可能与池塘的生物环境差异有关，山东靖海湾混养池塘位于潮间带，每日利用潮汐进行海水交换，大型藻类资源丰富。Wen等[10]报道，试验条件下几种大型藻可作为仿刺参主要的饵料。与之相比，本研究的生态养殖池塘每月换水2～3次，池塘中无大型藻类，初级生产者主要为浮游植物和底栖硅藻，其中，底栖硅藻主要为圆筛藻属(Coscinodiscus)。

辽东湾池塘生态养殖的仿刺参周年经历春季快速生长期、夏眠期、秋季快速生长期和越冬期，快速生长期为仿刺参摄食的活跃期。刘晓威等[19]对大连地区仿刺参池塘底栖硅藻初级生产状况的周年变化研究发现，池塘底栖硅藻初级生产力均值为(3.52±0.21) g/(m2·d)，变化为1.12～7.63 g/(m2·d)，最高值出现在8月，最低值出现在3—4月，春季底栖硅藻初级生产力随着水温上升有明显升高的趋势，秋季随着水温降低栖硅藻初级生产力逐渐下降。王吉桥等[20]研究发现，仿刺参消化管的长度和蛋白酶、淀粉酶的活力具有周年变化特性，2月消化管长度达到峰值，是体长的4.6～5.9倍，蛋白酶和淀粉酶作为仿刺参的主要消化酶在4—5月酶活力达到最高值。对比几种饵料对仿刺参消化管内含物δ13C值的平均贡献率发现，不同月份中底栖硅藻的δ13C值最高，为25.8%～74.5%，其中，12月出现最低值。水温接近0 ℃后，池塘中底栖硅藻的生物量降低[19]，同时低温影响了仿刺参摄食的活跃程度，导致底栖硅藻对消化管内含物δ13C值的平均贡献率出现最低值。此外，低温虽然降低了仿刺参消化管中消化酶的活力，但消化管长与体长比较大[21]，可能对仿刺参吸收同化消化管内含物中底栖硅藻的能力影响不大。

因此，在辽东湾地区，稳定和改善池塘底质环境，提高底栖硅藻初级生产力，在春季、秋季仿刺参摄食活跃期和快速生长期进行适当饵料投喂，增加仿刺参有效摄食量，增强其免疫力，对池塘生态健康养殖仿刺参具有重要意义。为进一步提高辽东湾海水池塘仿刺参养殖技术和池塘的养殖效益，还应深入开展混养池塘仿刺参、混养生物的食性特征和饵料投喂策略研究，为海水池塘仿刺参的生态健康养殖提供科学依据。